Rådgivare
Texten nedan är maskinöversatt från tysk originaltext.
Triac: Elektronisk komponent som hjälpmedel vid kopplingsoperationer
Alla som en gång reglerat ljusstyrkan hos en glödlampa med en dimmer har utan att veta om det redan en gång styrt en Triac. Was triac är och hur den fungerar, vill vi förklara mer exakt med vår rådgivare.
Was är triac?
Var används Triac?
Hur är en triac uppbyggd?
Hur fungerar en triac?
Vad skiljer sig Triac från varandra?
Was måste beaktas när man byter ut en triac?
Was är triac?
En Triac är en av de aktiva komponenterna. Den är precis som en tyristor en elektronisk komponent med vilken man t.ex. kan slå på och av en glödlampa.
Eftersom växlingen sker utan mekaniskt rörliga kontakter, är dessa elektroniska brytare inte utsatta för slitage.
Till skillnad från en tyristor, som endast låter strömmen flöda i en riktning, kan en Triac slå igenom strömmen i båda riktningarna. Därmed är Triac perfekt för drift med växelspänning.
Namnet Triac avleds från den engelska beteckningen ”Triode Alternating Current Switch”. I tyska språkbruk används även termen dubbelriktad Tyristordiod eller symistor.
Var används Triac?
Triac används huvudsakligen för koppling eller för effektreglering inom växelspänningsområdet.
Till användningsområden hör glödlampdimmer, ljusorglar eller varvtalsreglering av elmotorer i köksredskap eller elverktyg.
Eftersom Triac inte klarar av att hantera mycket stora strömmar används fortfarande enskilda tyristorer inom effektelektronik.
Hur är en triac uppbyggd?
För att bättre förstå uppbyggnaden kan man föreställa sig en triac som två antiparallellkopplade tyristorer. En anod (A) och en katod (K) för de båda tyristorerna slås samman.
De huvudsakliga elektroder som uppstår i samband med detta kallas H1 och H2 eller den engelska beteckningen Main Terminal (MT1 och MT2). Alternativt kan beteckningarna anod 1 och anod 2 användas.
I regel är huvudelektroden H2 (MT2) ansluten till Triacs hölje. Därför måste en isolerad montering ske så att monteringsytan inte är spänningsförande.
Kontrollingångarna till de båda tyristorerna (Gates) kopplas också samman.
För att kunna presentera den interna kristallbildingen på ett överskådligt sätt använder man ett katodestyrt tyristor eller även p-gate-tyristor (1) och ett anodestyrt tyristor eller även n-gate-tyristor (2) enligt skiss A parallellt.
Skissen B visar kristallstrukturen hos de båda halvledare.
Om båda halvledarkristallerna läggs samman i ett block skulle detta utseende C vara lämpligt.
För att kunna styra båda tyristorer med en gemensam grind, har ytterligare N-doserade zoner lagts till i halvledarkristallen (se skiss D). Dessa områden, som fungerar som tändnings- eller hjälpstyristor (3), har ansvar för att Triac behöver högre ström för att slå igenom (tändning) än tyristorer.
Huvudelektroden H1 (MT1) har direkt halvledarkontakt till gate och fungerar därmed som referenspotential för gate.
Gate kan styras med en positiv eller negativ impuls.
Beroende på Triac-typ räcker en impuls på ett par volt för att styra, varvid en ström av staket på bara några mA flyter.
Tändningen är dock beroende av polariteten på H1 och H2 (se skiss 1 + /i - och III + /III - ) och av Gate-impulens polaritet (se skiss 1 + /III + och i - /III - ).
Den största antändligheten har Triac vid styrning i + och III - . De andra två tändarna behöver delvis betydligt högre ström.
Hur fungerar en triac?
Principen eller funktionen hos en Triac kan mycket enkelt åskådas med hjälp av en dimmer.
Om hela sinusvåg av nätspänning (U B) ligger på ljuskällan (1), lyser den med full ljusstyrka.
För att minska den maximala ljusstyrkan måste en del av sinusvågen klippas av.
Och denna funktion tar en Triac (2) över. Dessutom kopplas den i serie (serie) med förbrukaren (ljuskälla).
Utan styrning är Triac högohmig. Det innebär: Den elektroniska brytaren är öppen och lampans spänning är 0 volt. Lampan lyser inte.
Om vid tidpunkten t 1 en kort impulsimpuls ligger vid Gate, slår Triac av. Den växlar från hög till lågohmig status. På fackspråket kallas processen även för tändning. Den elektroniska knappen är stängd och lampans spänning (U L) hoppar i slag till spänningsförsörjningsspänningen med aktuell växel. På så sätt försörjs lampan med ström och börjar lysa.
Triac som tänds förblir ledande, även om aktiveringsimpulsen stängs av vid Gate igen. Först när växelspänningen vid tidpunkten t 2 korskopplas 0-linjen och därmed inte längre underskrids av triacs, låser den igen. Experter säger att Triac kommer att raderas. Lampan försörjs inte längre med ström.
Triac är nu låst så länge tills 3 är nästa puls vid Gate och fortsätter att tända den igen. Eftersom Triac ju är ledande i båda riktningarna, flyter ström över lampan även vid den negativa halvaxeln.
Vid tidpunkten t 4 kommer bromsstommen att underskrida och Triac kommer att spärrar igen tills den tänds igen vid tidpunkten t 5.
Eftersom tändtidpunkt t 1 sker mycket tidigt får lampan en mycket stor andel av nätväxelspänningen. Endast en liten del skärs av i början av varje halvvåg. På så sätt lyser lampan mycket starkt.
Om tändtidpunkten inträffar senare eller flyttas till ”höger”, minskas den återstående delen av sinusvågen (U L) på lampan.
Lampan får på så sätt mindre energi och lyser därför mörkare.
Med en nätfrekvens på 50 Hz slås lampan i princip på och av 100 gånger per sekund (50 gånger vid den positiva halvaxeln och 50 gånger vid den negativa halvaxeln).
Denna snabba kopplingsföljd gör att det mänskliga ögat inte kan uppfatta mer än enstaka växlingar. Dessutom finns det en kort ”efterglödningseffekt” för glödlampor när de släcks.
Detta leder till att intrycket av en jämn förändring av ljusstyrkan uppstår när ljuset dämpas.
Vid en inställbar dimmer ändras därför bara den tidpunkt då tändimpulsen passerar Triac. Dessutom måste gate-impulsen alltid matas ut på rätt ställe av sinusvågen.
För detta ändamål behöver regleringen alltid en aktuell relation till sinusvågens aktuella läge.
I den bild som visas ovan visas detta samband med en blå linje.
Observera:
Eftersom fasen i halvaxelns början är låst och slås på i det exempel som visas ovan, är denna styrning en fasdimmer. Denna typ av dimmer är perfekt för resistiva laster som glödlampor och högvoltshalogenlampor, men även för induktiva laster som konventionella halogentransformatorer.
Kapacitiva laster som elektroniska halogentransformatorer behöver däremot en fasavsnittsdimmer. Med detta kretskoncept ökar spänningen på förbrukaren synkront med nätspänningen och slås sedan av efter en definierad tid. Dock används inte Triac-enheter, utan avstängningsbara tyristorer eller Power MOSFETs eller IGBT:s som elektroniska brytare.
Vad skiljer sig Triac från varandra?
Även om den grundläggande funktionen för triacs alltid är densamma, kan de enskilda exemplaren ändå skilja sig avsevärt.
Konstruktion
En av de viktigaste kännetecknen är konstruktionen. Beroende på hur mycket ström eller effekt en triac måste klara, optimerades formen på höljet med integrerad kylyta och anslutningens utformning. Ju högre effekt desto större blir Triac.
Tekniska data
Men även vid samma konstruktion kan skillnaderna vara ganska stora. Skillnaderna gäller dock i första hand tekniska uppgifter. Särskilt informationen om max. spänning eller max. tillåten ström kan variera avsevärt. Vid tveksamhet måste man se på databladet.
Was måste beaktas när man byter ut en triac?
Om en defekt triac ska bytas ut i en apparat, måste alltid en ersättningstyp med samma beteckning användas. Endast på så sätt kan den utbytta Triac användas optimalt med befintlig elektronik eller koppling. Vid utbyte av originaldelen mot ett exemplar med ungefär samma tekniska data måste försiktighet iakttas. Eftersom olika halvledarkurvor kan leda till allvarliga fel.
Viktigt:
Eftersom Triac används i strömkretsen, måste man vara bekant med de tillämpliga säkerhetsföreskrifterna vid felsökning eller utbyte. Vid felarbete eller vid felsökning under spänning finns en akut risk för livsfara. Därför bör ni hellre vända er till en expert om ni inte känner till de nödvändiga förfarandena.